無機/醇類助劑對陰離子/兩性離子表面活性劑性能的影響

周 鴻 宇

(隴東學院 化學化工學院，甘肅 慶陽 745000)

表面活性劑在實際應用時通常是在混合體系中，為了保持或增強其在混合體系中的性能，一般會選擇添加某些非活性物質——助劑[1-6]。助劑的添加可提高混合體系的表面張力，或可增加表面活性劑的溶解性，改善表面活性劑的抗鹽能力，減少或消除混合體系絮凝物或沉淀物的產生[7-15]。本文通過添加無機鹽或低級醇，探究助劑分別對典型陰離子表面活性劑ABS和兩性表面活性劑BS-12表面張力的影響，為ABS和BS-12的后續應用提供理論指導。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器及藥品

儀器：JK99M2型全自動張力儀(上海中晨數字技術設備有限公司)

實驗藥品：ABS(萬象化工有限公司，工業級)；BS-12(萬象化工有限公司，工業級)；氯化鈉(天津市富宇精細化工有限公司，分析純)；氯化銨(天津市登峰化工廠，分析純)；甲醇(天津市富宇精細化工有限公司，分析純)；正丁醇(天津市天力化學試劑有限公司，分析純)；去離子水，自制。

1.2 實驗方法

準確稱取一定量的ABS和BS-12，分別溶于100mL去離子水中，攪拌待完全溶解，測定各自單一溶液的表面張力；將一定量的助劑加入固定濃度的單一表面活性劑溶液中，攪拌，待體系均一后測定其混合溶液的表面張力。

采用全自動表面張力儀測定單一及混合體系的表面張力，作γ-lgc曲線，求出各自體系的臨界膠束濃度(cmc)及臨界膠束濃度下的表面張力值(γcmc)。

2 結果與討論

2.1 無機鹽(NaCl和NH4Cl)對表面活性劑性能的影響

單一表面活性劑ABS和BS-12溶液的表面張力隨濃度的變化規律，以及分別添加不同濃度的NaCl或NH4Cl后混合溶液的表面張力隨濃度的變化規律如圖1-4所示。

圖1 NaCl對ABS表面張力值的影響

圖1描述的是無機助劑NaCl對ABS體系表面性能的影響。由圖1可知：單一ABS的cmc為1×10-3mol/L，γcmc為28.50mN/m；與單一ABS溶液相比，添加一定濃度的NaCl后，γcmc均沒明顯變化，但cmc較單一ABS有明顯的降低；當NaCl濃度為0.1mol/L時，cmc為0.55×10-3mol/L，降低約50%，而當繼續加大NaCl的濃度至0.3mol/L時，cmc可降至2×10-6mol/L，僅為單一ABS的千分之一；隨著助劑濃度的繼續增大(至0.5mol/L時)，cmc約為0.65×10-3mol/L，依然比單一ABS的低，但顯然此時較高的NaCl濃度并沒有繼續顯示出更大的降幅，也就是說，ABS體系中適量加入NaCl對其表面性能有積極的影響。圖2描述的是無機助劑NaCl對BS-12體系表面性能的影響。由圖可知：單一BS-12的cmc為1.2×10-3mol/L，γcmc為30.70mN/m；NaCl濃度從0.1mol/L增加至0.5mol/L，γcmc和cmc均發生了一定的變化。γcmc先降低再升高，最低時可達28.0mN/m，但都比單一BS-12溶液的低；同樣地，加入NaCl后，混合體系的cmc也都降了約1個數量級，實驗證明，適量加入NaCl對兩性表面活性劑BS-12的表面性能也是有利的。

圖2 NaCl對BS-12表面張力值的影響

同理，圖3和圖4顯示了無機助劑NH4Cl對兩種表面活性劑的影響。圖3中，NH4Cl濃度從0增加至0.1mol/L時，ABS混合體系γcmc變化不明顯，cmc降低約1個數量級；繼續增加NH4Cl至0.5mol/L時，cmc可低達1×10-5mmol/L。NH4Cl的加入可降低BS-12的γcmc，最低可達27mN/m；當NH4Cl濃度從0增加至0.5mol/L時，兩性離子表面活性劑BS-12溶液的cmc可低至6.5×10-5mol/L，降低了約100倍。

圖3 NH4Cl對ABS表面張力值的影響

圖4 NH4Cl對BS-12表面張力值的影響

顯然，一定量的無機助劑NaCl和NH4Cl的加入對兩種表面活性劑體系都是有利的。

2.2 有機物(甲醇和正丁醇)對表面活性劑性能的影響

圖5-8描述甲醇和正丁醇作為助劑對ABS和BS-12表面性能的影響。

圖5 甲醇對ABS表面張力值的影響

圖5和圖6分別描述了甲醇和正丁醇作為助劑對ABS表面性能的影響。從圖中可以看出，兩種助劑對陰離子表面活性劑ABS的表面張力值影響不大(γcmc均沒明顯變化)，但均使其cmc降低；添加甲醇的混合體系的cmc比單一ABS的降低了50%左右，且當甲醇的添加量超過0.3mon/L時，cmc的降幅開始變小，也就是說，添加量為0.3mol/L時，甲醇對ABS體系最有利。正丁醇的加入使得ABS體系的cmc降幅較大，可降一個數量級之多，且隨著其添加量從0.1mol/L增加到0.5mol/L時，cmc的變化并沒有像添加甲醇一樣，而是繼續減小，這可能與正丁醇比甲醇的碳鏈稍長，導致的疏水性稍大有關。

圖6 正丁醇對ABS表面張力值的影響

低級醇類助劑對兩性離子表面活性劑BS-12的影響則如圖7和圖8所示。與單一BS-12體系相比，加入醇類助劑后的混合體系的γcmc值都明顯減小，說明醇類助劑的加入對BS-12體系是有利的；同樣的，醇類助劑的加入使得混合體系的cmc也都降低，從1×10-3mol/L降至約5×10-4mol/L，降幅50%左右。且隨著助劑添加濃度從0.1mol/L增加至0.5mol/L，其對體系的有利作用并未明顯變化，也就是說，對于BS-12體系，醇類助劑少量加入即可發揮積極的作用。

圖7 甲醇對BS-12表面張力值的影響

圖8 正丁醇對BS-12表面張力值的影響

3 結論

實驗結果表明，一定量的助劑的加入對于ABS和BS-12體系都有正向積極的作用，對于ABS體系，無機助劑(NaCl和NH4Cl)和有機醇類(甲醇和正丁醇)的加入對其γcmc幾乎無影響，主要影響體系的cmc值，且無機助劑的影響比醇類更加顯著。在所有ABS體系中，加入0.3mol/L的NaCl時混合體系的cmc最低，低至1×10-6mol/L。對于兩性離子表面活性劑BS-12體系，助劑的加入對γcmc和cmc都有影響，γcmc從30.7mN/m可降至27.5mN/m，cmc最低時可達5×10-5mol/L(添加0.5mol/L的NH4Cl時)。